بخش اول

انواع سيستمهاي HVDC

1ـ مقدمه

2ـ معيارهايي از سيستم انتقال HVDC

3ـ انواع سيستمهاي HVDC

4ـ سيستم تك قطبي

5ـ شبكه تك قطبي با بيش از يك هادي

6ـ سيستم انتقال دو قطبي

7ـ مزايا و معايب خطوط HVDC از نظر فني

8ـ ارزيابي

 مقدمه

 در نخستين سالها الكتريسته به شكل مستقيم (DC) مورد استفاده قرار ميگرفت كه نمونه بارز آن باطريهاي الكترو شيميايي بودند كه در تلگراف كاربرد وسيعي داشت.

در اولين نيروگاه برق كه در سال 1882 توسط اديسون در شهر نيويورك احداث گرديد از ماشين بخار و ديناموهاي جريان مستقيم براي توليد برق استفاده شد و نيروي حاصله به همان فرم DC از طريق كابلهاي زيرزميني توزيع و مصرف شد. در سال 1880 تا 1890 با ساخت ترانسفورماتورها وژنراتورهاي القايي شبكه‌هاي انتقال AC توسعه فراواني پيدا كرد ، بطوريكه اين نوع شبكه بر شبكه‌هاي DC مسلط شد. علي رغم اين موضوع ، در اين سالها مهندسان تلاش زيادي جهت مرتفع ساختن مشكلات شبكه‌هاي انتقال DC به انجام رساندند ، بطوريكه رنه تيوري1 در سال 1889 با سري كردن ژنراتورهاي DC توانست به ولتاژ بالايي جهت انتقال DC دست يابد و در انتهاي خط هم تعدادي موتور DC را با هم سري كرده و هر يك از اين موتورها را با بك ژنراتورDC يا AC با ولتاژ كم كوپل كرده بود.

از اين نوع سيستم تا سال 1911 حدود 20 پروژه در اروپا به اجرا درآمد كه مهمترين آن در فرانسه بين موتيرز² در كوههاي آلپ فرانسه و شهر ليون با فاصله‌اي حدود km20 و سطح ولتاژ kv125 تا سال 1937 مورد بهره‌برداري قرار گرفت.

به هر حال با توجه به محدوديت ماشين‌هاي DC مشخص بود كه توسعه بيشتر HVDC به مدلهايي با كيفيت بهتر از اين نوع ماشين‌ها نياز داشت، به همين دليل عده‌اي به طرح ديگري از مبدلها پرداختند.

در سال 1932 ماركس در آلمان مبدلهايي با قوس هوا ابداع كرد كه باسويچينگ قوس بين دو الكترود مشابه، جريان متناوب قابل تبديل به جريان مستقيم مي‌شدند ولي اين نوع مبدل اشكالاتي از جمله عمر كم الكترودها،  افت ولتاژ نسبتاً زياد (V500 روي قوس) و همچنين توان تلفاتي زياد براي قوس و براي دميدن هواي خاموش كننده قوس و خنك كنندگي حدود 3% قدرت انتقالي داشت.

در سال 1930 براي اولين بارديوهاي جيوه‌اي مجهز به الكترود كمكي ساخته شدند، اين نوع ديودها قابليت كار در حالت اينورتري را نيز داشتند به اين ترتيب در سالهاي بعد مبدلهاي شبكه‌ انتقال DC به ديودهاي مذكور مجهز شدند.

اولين خطوط HVDC با استفاده از اين نوع مبدلها در طول جنگ جهاني دوم در كشور آلمان احداث شد، اين خط به طول km115 و ولتاژ kv400 و ظرفيت انتقال قدرت Mw60 با كابل زيرزميني مورد بهره‌برداري قرار گرفت.

همچنين در اين سالها خطي بين مسكووكاشيراباطول km112 و ظرفيت Mw30 و ولتاژ kv100+ كه عمدتاً با استفاده از كابل و بعضي از قستمها هوايي بوده است، ايجاد شد.

انتقال انرژي الكتريكي با استفاده از سيستم فشار قوي جريان مستقيم ( HVDC )به عنوان مكمل سيستم‌هاي فشار قوي متناوب (HVDC ) و حتي در مواردي جايگزين آن از دهه ششم قرن ميلادي حاضر، مطرح بوده است. حدود Gw50 توان انتقال مي‌دهند.

به عنوان نمونه ميتوان از سيستم ايتايپو1 در برزيل ياد كرد. اين سيستم Gw 3/6 توان تحت ولتاژ kv600+ در فاصله‌اي به طول km800 انتقال مي‌دهد.

با بررسي سيستم‌هاي  HVDC ساخته شده مي‌بينيم كه در بعضي از موارد انتقال انرژي با جريان مستقيم تنها راه چاره موجود است و مشكلات فني اجازه نمي‌دهند از جريان متناوب براي اين كار استفاده شود، به عنوان مثال انتقال توان با كابل از طريق دريا در فواصل طولاني يا ارتباط ميان شبكه‌هاي با فركانس متفاوت چاره‌اي جز استفاده از سيستم‌DC نيست. در برخي ديگر از سيستمهاي HVDC که برتری اقتصادی انتقالDC درآن مورد نسبت به انتقال ACسبب انتخاب HVDC شده است.

مثلاً با توجه به اينكه انتقالDC را مي‌توان با دو يا يك هادي ( به جاي سه هادي درAC  ) انجام داد.

انتقال حجم زيادي از توان در فواصل طولاني( بيش از km800) بصورت DC نسبت به AC  با صرفه ‌تر است. در بعضي از موارد پارامترهاي ديگري از قبيل بهبود پايداري، حفظ سطح اتصال كوتاه ، كنترل پذيري بيشتر هم مطرح می شوند که علی رغم داشتن هزینه برابر یابیشتر سيستم‌DC بر AC ترجيح داده مي‌شود.

پيشرفت‌هاي روز افزون در ساخت ادوات نيمه‌هادي براي توان‌هاي بالاتر با قيمتهاي ارزانتر راه استفاده ازانتقال جريان مستقيم را هموارتر كرده است.

 معيارهايي از سيستم انتقال HVDC

 سيستم HVDC بخاطر يك يا چند دليل از دلايل زير نسبت به سيستم AC در ولتاژهاي بالا ارجحيت دارد:

1ـ براي خطوط انتقال بلند با قدرت انتقالي بالا.

از نظر اقتصادي و بدون در نظر گرفتن تلفات كم در خطوط انتقال، از سيستم HVDC استفاده مي‌شود. بهر حال HVDC به تجهيزات ايستگاه‌هاي تبديل كننده اضافي احتياج دارد.

در انتقال قدرتهاي بالا در فواصل زياد مجموع تلفات سيستم‌ DC كمتر از سيستم AC است بطور كل در شرايط يكسان ، تصميم‌گيري بر اساس علم اقتصاد براي انتخاب يك طرح صورت مي‌گيرد.